JPH0456178A - 超電導材料パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導材料パターンの形成方法に関する。本
発明は、超電導材料を所望のパターン状〔発明の概要〕 本発明は、透明基体の第１の主面に形成した被加工膜パ
ターンをマスクにして、基体の第２の主面から光照射し
、第１の主面の被加工膜パターンの開口に該当する位置
にのみ超電導材料源ガスにより選択的に超電導材料部を
形成して、従来はパターン形成し難かった超電導材料を
容易にバターニング加工することを可能ならしめたもの
である。

〔従来の技術〕

超電導材料は、極低温において電気抵抗値がゼロ、また
はそれに近い極低抵抗値を示すものであるが、最近、か
なりの高温下でもこのような超電導の性質を示す物質、
いわゆる高温超電導材料が開発され、実用化の可能性が
大きくなり、注目を浴びている。

特に近年になって、高温超電導材料として、セラミック
の層状ペロブスカイト構造を有するものが発見されて以
来、これは盛んに研究されるようになっている。これら
材料は一般には、ＹＳＺ（イツトリウム安定化ジルコニ
ア）や、Ｍｇ０（酸化マグネシウム）等の基板上に膜形
成されて用いられる。これらの基板材料は、代表的なこ
の種の超電導材料であるＹＢＣＯ系の酸化物超電導材料
と格子定数がマツチングするからである。超電導材料は
、このような基板上に、一般に、スノマ７タ法、電子ビ
ーム蒸着法、ＣＶＤ法などで成膜後、活性化アニール（
成膜と同時に行うときもある）を施して、膜形成される
。（もちろん）Ｎ）レフの材料は、通常、プレスして焼
成し、形成される）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら超電導材料は、パターン形成が困
難であるという問題を有する。超電導材料には、適当な
エツチング手段がないからである。

よって、これらの材料を、例えば微細な回路の配線材料
として使用するのは困難である。従来、超電導材料によ
り微細な配線パターンを形成する方法としては、リフト
オフによる方法や、いったん成膜したあとにイオン打ち
込みを行う方法などの提案がなされている。しかしこれ
らの方法はそれぞれすくれた特徴を有するが、反面欠点
も有している。例えばリフトオフ法は、ダストが発生す
るし、イオン打ち込みは、制御が難しい等の欠点がある
。また両者ともに、直接超電導材料を加工するので、微
妙な特性が変化する可能性もあり得る。

更に、特殊な形状のパターニング、例えば、ジョゼフィ
ン素子のゲートに使用するようないわゆるマツシュルー
ム型のパターンは、形成が非常に困難である。

（超電導体薄膜の形成技術については、特開平１−２８
６９１６号公報や、寺嶋他「高温超伝導体超薄膜」応用
物理図−５，５９１〜、　（１９９０）に関連技術の記
載がある）。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決して、容易
に制御性良く超電導材料をパターニングでき、よって正
確なパターニングが可能であり、特性変化のおそれもな
く、またマンシュルーム型等の形状にもパターニングす
ることができる超電導材料パターンの形成方法を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明の超電導材料パターンの形成方法は、透明基体の
第１の主面に不透明材料により被加工膜を形成し、該被
加工膜をパターニングして開口を形成し、基体の第２の
主面から光照射して、上記被加工膜パターンをマスクと
し、該パターンの上記開口にのみ光をあてることによっ
て該開口に超電導材料源ガス（いわゆるガスソース）に
より超電導材料部を選択的に形成して超電導材料パター
ンを形成する構成とすることによって、上記目的を達成
したものである。

本発明において、「透明基板」であるとは、光照射して
超電導材料部を形成するときに用いる光について、これ
を該超電導材料の形成を可能とする程度に透過する透明
性を有する基板であることをいう。「不透明材料」の「
不透明Ｊも同様であり、上記光について、これを超電導
材料の形成が起きないように遮断する程度に不透明であ
ることをいう。「被加工膜」とは、上記意味での不透明
なパターンを形成して、これにより超電導材料パターン
を形成するために用いる膜であって、本発明においては
超電導材料それ自体ではなく、この不透明材料を加工し
てパターン形状を決めるところから、これを「被加工膜
」と称するものである。

本発明において、第１の主面とは、超電導材料パターン
を形成すべき側の面（表面）であり、第２の主面とはそ
れと反対側の面（裏面）である。

本発明においてパターンを形成すべき超電導材料として
は、ガスを用いて光により形成可能なものであれば任意
である。

代表的には、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ。

Ｅｕ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ。

Ｙｂ、Ｌｕのいずれかと、Ｂａ及びＣｕを構成元素とす
る酸化物超電導材料を挙げることができる。

この場合、超電導材料源ガスとしては、上記元素のヘキ
サフルオロアセチルアセトネート錯体や、ＴＨＦ、ＤＭ
Ｆ、２，２．６．６−テトラメチル−３，５ヘプタネオ
シアネートとの結合体、及び酸化性のガスとしての０□
、Ｏｓ　、ＮｚＯ等を用いることができる。

このような超電導材料としては、代表的には、例えば、
Ｌａ　（Ｓｒ）　　Ｃｕ　−０系、ＹＢａｚＣｔ１３ｏ
７−ｘ等のＹＢＣＯ系のものなどがある。

本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施例
を示す第１図の例示を用いて説明すると、次のとおりで
ある。

即ち、本発明の超電導材料パターンの形成方法は、第１
図に例示するように、透明基体１の第１の主面１ａに不
透明材料により被加工膜２を形成しく第１図（ａ））、
該被加工膜２をパターニングして開口３を形成しく第１
図（ｂ））、基体の第２の主面１ｂから光照射（光をＰ
で示す）して、上記被加工膜パターン２ａをマスクとし
、該パターン２ａの上記開口３にのみ光をあてることに
よって該開口３に超電導材料源ガスＧにより超電導材料
部４を選択的に形成して超電導材料パターンを形成して
（第１図（ｃ））、超電導材料パターンを得る（第１図
（ｄ））ものである。

本発明において、基体１は照射光Ｐに対して透明である
ことを要するが、かかる基体ｌとしては、高圧水銀灯な
どから発せられるｇ線、ｉ線、ｅ線、ｈ線などを透過す
るものが好ましい。照射光Ｐとして高圧水銀灯による紫
外光を用いて、好まし〈実施できる。基体１として石英
を使用すれば、ＫｒＦエキシマレーザ光も透過するので
、これを照射光Ｐとして用いることもできる。また基体
１は、この上に超電導材料を形成するので、形成すべき
超電導材料の格子定数となるべく近いものであることが
好ましい。好ましく用いることができる基体材料として
は、ＭｇＯやＹＳＺ、また５ｒＴｉＯａ　（１００）　
　（これはペロブスカイト構造をもち、ＹＢＣＯとの格
子の一致性が良い）を挙げることができる。ＹＳＺとし
ては具体的には、例えば、同和工業■製のＹＳＺ基板で
あるＰＣＺＲｌ−１５ＳＯ５などを用いることができる
。紫外線の透過率を考慮して、透過性の高い石英などを
選んだ場合は、被加工膜２を形成する前に、バッファ層
を設ける必要がある場合がある。石英と、その上に形成
する超電導材料とが格子定数が合わず、成膜しないこと
があるからである。その場合下地基体と超電導材料とを
接合させるためのバッファ層としては、例えばＭｇＯの
スパッタ膜などを用いることができる。

基体１上に形成する被加工膜２の材料は、照射光Ｐ（例
えば紫外線）に対して不透明でなければならない。また
、なるべく簡単に加工できるものが好ましい。各種金属
膜が好適なものの代表として挙げられるが、特にこれに
限定されるものではない。被加工膜２は、通常、ＣＶＤ
、スパッタ法、蒸着法などで形成することができる。

被加工膜２のパターニングは、任意の手段によることが
できる。例えば、被加工膜２の上にレジストを回転塗布
し、これによりパターニングを行うことができる。この
場合使用するレジストは、光でパターニングするならフ
ォトレジストを用い、ＥＢ’（電子線）でパターニング
するならＥＢレジストを用いればよい。勿論、レジスト
を用いずに、被加工膜２を加工するのでもよい。例えば
イオンビームによる直接加工を行うのでもよい。また、
先にレジストをパターン形成しておいて、被加工膜２を
蒸着してからリフトオフする手段を用いてもよい。いず
れにしてもレジストパターン等を利用して、次にドライ
もしくはウェットエツチングにより、配線等を形成すべ
きパターンの開口３を形成する。

開口３が形成された被加工膜パターン２ａを有する基体
１について、光照射により超電導材料部を形成するが、
これは光ＣＶＤ装置を用いることができる。

例えば、上記基体１を光ＣＶＤ装置にセットし、第２の
主面１ｂである下側面（パターンの裏側）から光Ｐを照
射しながら、超電導材料源となるガスを用いて、光ＣＶ
Ｄを行う。例えば、超電導材料として、ＹＢＣＯを用い
る場合は、例えば配位子を有する金属錯体を使用するこ
とができる。例えば、銅やイツトリウムやバリウムのヘ
キサフルオロアセチルアセトネート錯体などを好ましく
使用できる。この時基体１を加熱する必要があるときも
ある。場合によっては、成分比が適切でない場合など、
活性化アニールを成膜後に行うこともある。

超電導材料部４を形成した後、一般に被加工膜パターン
２ａは除去するが、除去しなくてもよい。

例えば、被加工膜２が電気伝導性のないものの場合は、
除去は不要である。（但し、このようなもので紫外線等
を通さないものは、一般には少ない）。

被加工膜２を除去する方法は、特に指定はないが、形成
された超電導部４から成るパターンの特性を損なうよう
なものであってはならない。従って、一般に、ウェット
エツチングが好ましい。このあと、必要な場合には、ア
ニールを施すこともあってよい。

上記方法で形成した超電導材料パターン（例えば配線パ
ターン）について、これが超電導パターンとして適正に
形成されているか否かを調べるには、液体窒素温度に冷
却し、四端子法などで、抵抗値を測定すればよい。

〔作　用〕

上述のように、本発明の超電導パターンの形成方法によ
れば、加工性の良好な材料により被加工膜２を形成して
これを制御性良くパターニングし、この良好な形状の被
加工膜パターン２ａの開口３を利用してここに超電導材
料部４を形成してパターン形成するので、制御性良く正
確に超電導材料パターンを形成できる。パターニング加
工は超電導材料について行うのでなく、被加工膜２につ
いて行うので、容易かつ良好に加工ができ、その上、超
電導材料自体を加工するのではないので、微妙な特性変
化のおそれもない。また、後記する実施例−２をもつ−
で例証する如く、マツシュルーム型の超電導材料パター
ンも容易に形成でき、ジョゼフィン素子の作製の場合な
どに有利である。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する
。但し当然のことではあるが、本発明は以下の実施例に
より限定されるものではない。

実施例−１ 本実施例は、半導体装置等の電子材料に微細なパターン
で超電導材料パターンを形成して、これを配線として用
いる場合に、本発明を適用したものである。

本実施例の工程を、第１図（ａ）〜（ｃｉ）に示す。

本実施例では、透明基体ｌとして、ＵＶ光に対して透明
なチタン酸ストロンチウム基板を用いた。

（その他、酸化マグネシウムＭｇＯ基板でも、全く同様
に実施できる）。

本実施例では、透明基体１上に、アルミニウム膜を形成
し、これを被加工膜２とした（第１図（ａ）参照）。被
加工膜２のパターニングは、本例では次のように行った
。即ち、被加工膜２の上に、ＥＢレジスト（ここでは東
し■製のＥＢＲ−９を使用）を膜形成し、１２０°Ｃで
１分間ベータして、レジスト層を得た。これをＥＢ露光
装置で描画後、現像し、開口を有するレジストパターン
を得、これをマスクにしてアルミニウムから成る被加工
膜２をエツチングし、被加工膜２に開口３を形成して、
第１図（ｂ）の構造を得た。なお、可能であれば、レジ
ストのパターニングと被加工膜のパターニングを連続し
て行ってもよい。

第１図（ｂ）に示す構造の、基体ｌ上に開口３を有する
被加工膜パターン２ａを有して成る試料を、光ＣＶＤ装
置にセットし、第２の主面１ｂ側（裏面側）、即ち図の
下側がら紫外光（エキシマレーザ光でもよい）を照射し
ながら、ガスソースとして、イツトリウムヘキサフロロ
アセチルアセトネート、銅（ＩＩ）ヘキサフロロアセチ
ルアセトネート、バリウムヘキサフロロアセチルアセト
ネートを流して、超電導部４を成膜して形成した。

これにより第１図（ｃ）の構造を得た。

その後、被加工膜パターン２ａであるアルミニウムをエ
ンチングで除去し、８００°Ｃで１時間、酸素雰囲気中
でアニールした。これにより、第１図（ｄ）の構造を得
た。

本実施例において、得られた上記超電導材料部４から成
る超電導パターンの性能を調べるため、これを液体窒素
温度まで冷却し、四端子法にて抵抗値を測定したところ
、ゼロとなった。

実施例−２ 本実施例は、第１図（ａ）（ｂ）までは実施例１と同じ
工程を経、その後、実施例−１と同様にして超電導材料
部４を形成する際、第２図（Ｃ）に示すように、開口３
を埋め、更にその上に開口３からはみ出すように超電導
材料部４を形成して、これをマツシュルーム型になるよ
うにした。被加工膜パターン２ａを除去すると、第２図
（Ｄ）に示すように、マツシュルーム型のパターンであ
る超電導材料部４が得られる。

これは、ジョゼフィントランジスタのゲートとして好適
に使用できる構造である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の超電導材料パターンの形成方法は
、容易に制御性良く超電導材料をパターニングでき、よ
って正確なパターニングが可能であり、特性変化のおそ
れもなく、またマ・ンシュルーム型等の形状にもパター
ニング可能とするもので、きわめて有利と言うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は実施例−１の工程図、第２図（
Ｃ）（Ｄ）は実施例−２の工程図である。 ■・・・基体、１ａ・・・第１の主面、１ｂ・・・第２
の主面、２・・・被加工膜、３・・・開口、４・・・超
電導材料部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明基体の第１の主面に不透明材料により被加工膜
   を形成し、 該被加工膜をパターニングして開口を形成し、基体の第
   ２の主面から光照射して、上記被加工膜パターンをマス
   クとし、該パターンの上記開口にのみ光をあてることに
   よって該開口に超電導材料源ガスにより超電導材料部を
   選択的に形成して超電導材料パターンを形成する超電導
   材料パターンの形成方法。